移动通信中弱覆盖优化研究
发布时间：2023-01-14 | 所属分类：通信：论文发表 | 浏览： | 加入收藏
摘 要：移动通信的“弱覆盖”通常出现在基站覆盖边缘区域或农村地区，一旦产生弱覆盖问题，将会严重影响通信质量。本文在实地路测的基础上，以对覆盖的影响、对网络性能的影响和方法的可操作性为序，依次通过调整基站天线的发射功率、调整天线下倾角和天线方向角及修改小区配置来优化网络。仿真结果表明：该方法能有效解决网络的弱覆盖问题，小区再无网络信号断线、接入差等情况发生，网络达到良好工作状态,满足了网络设计的目标值,最终满足用户需求。
关键词:移动通信;弱覆盖;网络优化;路测;天线,
Research on Weak Coverage Optimization in Mobile Communication
ZHANG Ruihua LIANG Keke
Department of Artificial Inelligence, Jianghan University
Abstract：The weak coverage of mobile communication usually occurs at the edge of base station coverage or in rural areas. Once the weak coverage problem occurs, the communication quality will be seriously affected. Based on the drive test, this paper starts from adjusting the transmitting power of the base station antenna, and then adjusts the inclination Angle and direction of the antenna. The optimization method is sorted according to the influence on the coverage, the influence on the network performance and the operability of the method. The simulation results show that this method can effectively solve the problem of weak network coverage, and there is no network signal disconnection and poor access in the cell. The network works well, meets the target value of network design, and finally meets the needs of users.
Keyword：Mobile Communication; Weak Coverage; Network Optimization; Drive Test; Antenna;
1 引言
为了使网络质量能够适应快速增长的需求，使用户满意，必须进行网络优化。无线网络优化是指在充分利用现有资源的情况下，解决网络局部问题，达到全范围的无线覆盖，实现高接通率、连续通话以及图像质量清晰可见的目的。传统网络在有大量用户的同时，会产生大量拥塞，从而影响用户体验，造成用户流失，进而影响到经营者的品牌形象。优化后的无线网络通话顺利通畅，能够改善使用者的感知度，提升网络运营商的品牌形象。保障和改善网络的品质，提升企业的竞争能力和使用者的满意度，是业务发展的坚强保障。对网络特性的优化主要包括：良好的系统覆盖、合理的切换范围和合理的基站负载，还包括各扇区天线的位置调整、发射的最大功率、以及邻区配置列表、切换门限值等参数优化。网络优化贯穿整个开发和维护流程，只有通过不断提高，才能使广大手机用户感到满意，进而留住用户并开发更多的应用。
移动通信网络优化是一项长期而繁杂的工作，直接关系到网络的稳定性、性能和用户体验。网络优化过程需要关注网络的覆盖、容量和质量问题[1]，通过技术手段分析网络问题，调整相关参数，利用各种网络优化手段提高网络质量，确保网络的动态平衡，满足用户需求。图1为典型的网络优化流程(开始和结束为同一点)。
本文基于实际路测采集到的各技术参数值，通过在线仿真分析各类因素对网络性能的影响，针对网络优化的流程、网络优化调试中涉及的基本指标公式、覆盖问题产生的原因及相关解决方法进行探讨。首先从调整基站天线的发射功率入手，再到天线下倾角和天线方向角的改变，可以有效解决网络的弱覆盖问题以及小区间存在严重干扰、网络信号断线、接入差等问题[2,3]，使得网络质量满足网络设计的目标值，最终满足用户需求。
2 覆盖优化方法
覆盖在任何一种无线网路中都是最重要的指标因素。对于网络设备而言，没有信号就无法使用网络，无法连接网络就无法享有任何相关服务。超过适度量的覆盖或重叠现象都会对网络造成不好的影响，网络覆盖需要适度，并不是覆盖的面积越大、覆盖的范围越多，信号就越好。覆盖优化就是利用天线调整和参数优化来优化无线环境，降低覆盖盲区、针尖效应或者大面积覆盖等覆盖问题。
通常情况下，基站故障、基站缺失、站点规划不合理、功率参数设置不当、基站天线过高、工程质量问题、受无线环境影响等都是造成网络覆盖问题的主要原因。当前网络中大部分优化问题都是由覆盖引起。弱覆盖和越区覆盖是最常见的两个网络覆盖现象。覆盖优化方案一般是从天线下倾角、方位角、天线功率、天线高度、新增站点和RRU(Remote Radio Unit，遥控射频单元)等方面来进行调整[4]。覆盖优化的基本原理是：先优化RSRP(Reference Signal Receiving Power参，考信号接收功率)，再优化RS-CINR(Carrier to Interference plus Noise Ratio，载波干扰噪声比)。在优化天线覆盖时，首先要确定小区天线下倾角配置数、方位角、天线高度、移站和加站情况等，然后调整天线的发射功率，如不能达到最优，则可考虑增设天线。优化的基本性能指标为RSRP和SINR，定义如下：
RSRP (Reference Signal Receiving Power，参考信号接收功率)代表无线信号强度的关键参数，是在某个符号内承载参考信号的所有RE(资源粒子)上接收到的信号功率的平均值[5]。RSRP≦-100dBm时呼叫成功率低，掉话率高。
SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio，信号噪声干扰比）接收到的有用信号的强度与干扰信号（噪声和干扰）强度的比值[6]。SINR边缘经验取值为：TD-LTE局点，99%区域，SINR>-3dB外场，99.25%区域，SINR>-3dB。
3 仿真实验
3.1 基站规划不合理导致的弱覆盖
基站规划不合理时易造成弱覆盖，优化的基本原理是：先优化RSRP，再进行RS-CINR。优化包含两个方面：消除弱覆盖、消除交叉覆盖。在优化天线覆盖问题时，首先要确定小区天线下倾角配置数、方位角、还有天线被设置的高度以及移站和加站情况等，最后调整天线的发射功率，如不能达到最优，则可考虑增设天线。
某师范大学南门附近分布有5个基站，手机测试路线从大学东区学生宿舍11栋出发，出南门往南走，在雄楚大街上左转。优化前的仿真测试如图2所示，在南门周围500米范围内信号强度较低，如图中椭圆圈定的区域。为此需找出此范围内信号差的点，并对该区域的覆盖进行优化，直至RSRP大于-100 dBm的比率超过98%为止。
从图2可知：大部分路段为弱覆盖区域，并且弱覆盖区域主要集中在轨迹中间区域。一般地，如果不考虑阻挡，就以距离弱覆盖最近的为主覆盖小区，然后通过更改天线方位角来增加主覆盖小区的信号强度[7]。两端的弱覆盖区域一处位于师范大学公共管理学院附近，持续175米的RSRP值均低于-100dBm，属于弱覆盖；另一处为桂元路华师南大门，长达270米路段的RSRP值连续低于-100 dBm，同样为弱覆盖范围。根据区域连线方法，从图3可知在该路段主要收到来自林业局-3小区和华师东1食堂-3小区的信号，该路段的RSRP低于-100dBm。
通过查询基站属性，发现1食堂-3小区的基站发射功率为21dBm，因此可以增大基站发射功率至27dBm，同时调整汽工大南-3小区发射功率从21dBm到27dBm，调整后的复测结果如图4所示。
从图4可知，功率调整后大部分弱覆盖区域的RSRP>-100dbm，已实现优化，仅存在小部分弱覆盖区域。在弱覆盖区域利用同步回放，并观察cell list表格，可以看出该弱覆盖区域主要收到圣宝龙酒店-1号楼的基站天线角度从120度调至100度后再次进行复测。如图5所示，之前所有的弱覆盖区域，即红色区域已消失不见，整个测试路线RSRP均大于-100dbm，说明弱覆盖问题已被解决。
3.2 小区切换不及时导致弱覆盖
蜂窝交换是指在蜂窝间切换时，为确保移动用户通讯不受干扰而进行的通道转换。切换可以按照源蜂窝与目标蜂窝之间的隶属关系及位置关系划分为LTE内切换（包含e NodeB内切换、X2-eNodeB间切换、S1-eNodeB间切换）LTE与其它系统间的切换。因为LTE与其它系统的空口技术有本质的区别，所以移动蜂窝既要能支持LTE的OFDM接入技术，也要能支持其它的系统，例如LTE和GSM之间的切换，以及LTE和UTRAN之间的切换。当邻近蜂窝单元的信号强度比定义的UE服务单元大且信号差比A3偏移值大时，A3事件被触发，UE向e NB报告该信号强度的测量值，e NB收到信息后会在规定时间内给出开关命令，最后的转换过程由移动电话、UE、e NB共同完成。
邻区配置太多会对设备的测量结果造成一定影响，使得所测结果不准确，容易造成切换不及时、切换错误、重选速率缓慢等现象；邻区配置太少，也会导致误切换、孤岛效应等。如果不小心配错邻区信息，会直接影响网络的正确切换。这些都会对接通、掉话、交换等方面造成负面影响。因此，必须对相邻区域进行良好规划，以确保网络的稳定性。措施如下：一方面，对相邻区域的配置进行检查，以确定无漏配现象，确认并改进邻近列表，解决下行干扰、切换和掉话等问题；另一方面，根据整体网络的规划，同时，基于整个网络的规划，相应的工程参数也要随之调整，以避免由于不合理的相关系数配置而造成的切换区域不合理。
生活中经常会有这样的感受：坐高铁或者在高速路上打电话时手机会突然没信号，但是不远处却能看到运营商的铁塔天线，这就是切换不及时造成的手机信号差。
某学生从学校坐车去机场，在机场高速上，司机以35m/s的速度移动，发现有一小段路信号非常差，通过路测采集到的各技术参数值做仿真测试，测试结果如图6所示。其中，红色区域为弱覆盖区域，RSRP值<-100dbm，打开cell list表格利用同步回放工具，对红色区域逐一检查，发现服务小区的电平始终低于-100dbm；且存在一个通信质量较好的邻小区其信号电平高于主小区；一段时间后当邻小区作为主服务区，信号才跟着恢复正常。
Cell list表格中，邻小区存在比较强的信号，证明主服务小区和邻区之间存在邻区关系，手机处于连接状态，小区和小区之间转换属于小区切换，因此一直没有切换成功的原因可能是切换参数所致。
查看小区配置信息，如图7所示，了解到<机场路23号广告牌-1小区>切换出去的条件是邻小区比主小区大3d B，持续4秒后启动切换。可用同步回放工具二次探测弱覆盖小区信息，发现触发切换和触发弱覆盖的位置很近，因此需要加快切换，可将<机场路23号广告牌-1小区>切换判决时间Time To Trigger从4秒调整到1秒、A3Offset(d B）从2dbm调整到-15dBm，再次进行复测。由图8可以看出，虽然有一小段路程为弱覆盖区域，但已不影响小区整体切换。
4 结束语
本文基于实际路测采集到的各技术参数值，通过在线仿真分析各类因素对网络性能的影响，从调整基站天线的发射功率入手，再到天线下倾角和天线方向角的改变及小区配置的修改，可以有效解决网络的弱覆盖问题以及小区间存在严重干扰、网络信号断线、接入差等问题，使得网络质量满足网络设计的目标值，最终满足用户需求。
参考文献
[1] 张青苗,赵军辉,张丹阳,等.智能轨道交通中无线通信技术应用与展望.无线电通信技术,2022, 33(6):18-23
[2] 王福胜,吕军.基于中国电信高校移动网用户的投诉分析及研究.数据通信,2022,24(7):185-189
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